多頻GSM/GPRS功率放大控制器

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作者：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體放大器應(yīng)用工程師 Barry Yuen 時(shí)間：2007-04-04 來源：今日電子

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  技術(shù)方案與實(shí)用技巧

全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM）是目前世界上最受歡迎的移動(dòng)電話通信系統(tǒng)。由于GSM移動(dòng)電話或DCS/PCS電話都在同一單元內(nèi)采用時(shí)分多址訪問（TDMA）的電路設(shè)計(jì)，因此可以提供雙工通信。而正向及反向鏈路都采用高斯最小位移鍵控（GMSK）調(diào)制的電路設(shè)計(jì)。

由于GMSK調(diào)制有其固定不變的包絡(luò)，因此必須采用C類射頻功率放大器才可提高功率轉(zhuǎn)換效

率。射頻功率輸出必須加以嚴(yán)密控制才可將功耗減至最低，以及避免干擾網(wǎng)絡(luò)上的其他用戶。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（ETSI）已就移動(dòng)電話輸出功率作出若干規(guī)定。例如，移動(dòng)電話必須符合有關(guān)傳輸時(shí)標(biāo)、頻譜特征、諧波失真、輸出功率電平以及輸出噪聲等的規(guī)定。（如欲查看有關(guān)性能規(guī)格的詳細(xì)資料，可瀏覽 www.etsi.org 網(wǎng)頁(yè)）。要有效控制C類功率放大器，以確保完全符合上述的技術(shù)規(guī)格并非想像中那么簡(jiǎn)單容易，因此美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出型號(hào)為L(zhǎng)MV243的GSM/GPRS功率放大控制器（PAC）以解決這個(gè)棘手的問題。LMV243芯片只要搭配基帶斜坡信號(hào)和定向耦合器，便可成為GSM/GPRS功率放大器，不但可為天線提供功率適中的射頻信號(hào)，而且還符合ETSI的技術(shù)規(guī)格。以用戶的手機(jī)來說，發(fā)送器便必須設(shè)有功率放大器、定向耦合器以及像LMV243這樣的功率放大控制器。

LMV243芯片內(nèi)含45dB的對(duì)數(shù)放大檢波器
圖1

正如圖1所示，LMV243芯片內(nèi)含45dB的對(duì)數(shù)放大檢波器，可以感測(cè)功率放大器的射頻輸出功率電平。此外，這款芯片也設(shè)有誤差放大器，可以將控制環(huán)路（例如伺服控制電路）的最后一段接合起來。

采用 45dB對(duì)數(shù)（Log）放大檢波器的優(yōu)點(diǎn)

在一般的應(yīng)用情況下，若功率電平介于0dBm與35dBm之間，GSM/GPRS功率放大器便需要0.1～2.0V的控制電壓（Vapc）。基帶芯片通?？梢岳脭?shù)字模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）以提供由100mV～2V的直流脈沖電壓。電壓波幅簡(jiǎn)圖（profile）的分辨度以及最低值與最高值之間的差距取決于固件和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的性能表現(xiàn)。LMV243的檢測(cè)范圍達(dá)45dB，可以檢測(cè)由0～-45dBm的射頻功率。GSM頻帶則需要35dB或更高的耦合系數(shù)，但只要采用電阻分壓器或微帶線，便可以輕易配置松散耦合的耦合電路。

計(jì)算衰減幅度的方程式
　　
若采用現(xiàn)成的LTCC耦合電路，便需要在LMV243的射頻輸入與LTCC耦合電路輸出之間計(jì)入額外衰減（dB）。額外的衰減可由T或π電路（見圖2）提供，最終選用T還是π電路取決于印刷電路板的布局有何限制，也視乎射頻工程師的個(gè)人喜好。
以下是計(jì)算(電路所需電阻的方程式：以及以下是計(jì)算T電路所需電阻的方程式，L是衰減電路的衰減幅度（dB），而且這個(gè)數(shù)值是正數(shù)。

選擇恰當(dāng)?shù)姆答侂娮瑁≧F）、反饋電容（CF）以配合不同功率放大器的性能

選擇了正確的耦合系數(shù)之后（-35dB或以上），便必須選擇可將最后一段控制環(huán)路接合起來的反饋電容（CF）。一般來說，可將反饋電容（CF）定在22～100pF之間，但電容的確實(shí)數(shù)值須視乎個(gè)別功率放大器的性能表現(xiàn)及Vramp的電壓波幅（profile）。有時(shí)只需采用較小的反饋電阻（RF）便可作出電壓補(bǔ)償，以加強(qiáng)伺服環(huán)路的穩(wěn)定性。較小的反饋電容會(huì)導(dǎo)致波封出現(xiàn)快速的回應(yīng)，以及時(shí)標(biāo)會(huì)出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，而較大的回饋電容可能會(huì)引致延遲。因此我們應(yīng)該選擇最恰當(dāng)?shù)姆答侂娙莺头答侂娮枧浜弦唤MVramp電壓波幅，以符合GSM的技術(shù)規(guī)格。圖3所示的是建議采用的應(yīng)用電路。

LMV243的評(píng)價(jià)電路板符合GSM的技術(shù)規(guī)格

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體已成功開發(fā)一款LMV243的演示電路板，方便工程師利用只有一條 Vapc管腳的多頻GSM/GPRS功率放大器進(jìn)行產(chǎn)品性能演示。該公司已在演示電路板上測(cè)試LMV243芯片的性能表現(xiàn)，證實(shí)可控制GSM/GPRS功率放大器。圖4是演示電路板的產(chǎn)品照。圖5顯示LMV243如何在高輸出功率電平通過GSM傳輸時(shí)標(biāo)。

演示電路板的產(chǎn)品照
圖4